led燈珠可靠性設計之熱失效
在調試led燈珠或維修電路的時候，我們常提到一個詞“led燈珠燒了”，這個led燈珠有時是電阻、有時是保險絲、有時是led燈珠芯片，可能很少有人會追究這個詞的用法，為什么不是用“壞”而是用“燒”？其原因就是led燈珠熱失效是最常見的一種失效模式，電流過載，局部空間內短時間內通過較大的電流，會轉化成熱，熱**不易散掉，導致局部溫度快速升高，過高的溫度會燒毀導電銅皮、導線和led燈珠本身。所以電失效的很大一部分是熱失效。
那么問一個問題，如果假設電流過載嚴重，但該部位散熱極好，能把溫升控制在很低的范圍內，是不是led燈珠就不會失效了呢？答案為“是”。
由此可見，如果想把led燈珠的可靠性做高，一方面使設備和零部件的耐高溫特性提高，能承受較大的熱應力（因為環境溫度或過載等引起均可）；另一方面是加強散熱，使環境溫度和過載引起的熱量全部散掉，led燈珠可靠性一樣可以提高。下面介紹下熱設計的常規方法。
我們機電設備常見的散熱方式是散熱片和風扇兩種散熱方式，有時散熱的程度不夠，有時又過度散熱了，那么何時應該散熱，哪種方式散熱最合適呢？這可以依據熱流密度來評估，熱流密度=熱量 / 熱通道面積。
按照《GJB/Z27-92 電子設備可靠性熱設計手冊》的規定（如上圖），根據可接受的溫升的要求和計算出的熱流密度，得出可接受的散熱方法。如溫升40℃（縱軸），熱流密度0.04W/cm2（橫軸），按下圖找到交叉點，落在自然冷卻區內，得出自然對流和輻射即可滿足設計要求。
大部分熱設計適用于上面這個圖表，因為基本上散熱都是通過面散熱。但對于密封設備，則應該用體積功率密度來估算，熱功率密度=熱量 / 體積。下圖是溫升要求不超過40℃時，不同體積功率密度所對應的散熱方式。比如某電源調整led燈珠芯片，熱耗為0.01W，體積為0.125cm3，體積功率密度=0.1/0.125=0.08W/cm3，查下圖得出金屬傳導冷卻可滿足要求。
按照上圖，可以得出冷卻方法的選擇順序：自然冷卻一導熱一強迫風冷一液冷一蒸發冷卻。體積功率密度低于0.122W/cm3傳導、輻射、自然對流等方法冷卻；0.122-0.43W/cm3強迫風冷；0.43～O.6W/cm3液冷；大于0.6W/cm3蒸發冷卻。注意這是溫升要求40℃時的推薦參考值，如果溫升要求低于40℃，就需要對散熱方式降額使用，0.122時就需要選擇強迫風冷，如果要求溫升很低，甚至要選擇液冷或蒸發冷卻了。
這里面還應注意一個問題，是不是強迫風冷能滿足散熱要求，我們就可以隨便選擇風扇轉速呢，就好像說某件工作，專科學歷的知識水平即可勝任，是不是隨便抓個大專生就能做好呢，當然不是，風扇的轉速與氣流流速有直接關系，這里又涉及一個新概念——熱阻。
熱阻=溫度差 / 熱耗 （單位℃/W）
led燈珠熱阻越小則導熱性能越好，這個概念等同于電阻，兩端的溫度差類似于電壓，傳導的熱量類似于電流。風道的熱阻涉及流體力學的一些計算，如果我們在熱設計方面要求不是很苛刻，可通過估算或實驗得出，如果要求很苛刻，可以查閱《GJB/Z27-92 電子設備可靠性熱設計手冊》，里面有很多系數、假設條件的組合，三言兩語說不清楚，個別系數我也沒搞明白如何與現實的風道設計結合，比如，風道中有一束電纜、風道的壁不是均勻的金屬板，而是有高低不平led燈珠的電路板，對一些系數則只能估算了，最準確的方式反而是實驗測量了。
led燈珠熱阻更多的是用于散熱器的選擇，一般廠家都能提供這個參數。舉例，led燈珠芯片功耗20W，led燈珠芯片表面不能超過85℃，最高環境溫度55℃，計算所需散熱器的熱阻R。
計算：實際散熱器與芯片之間的熱阻近似為0.1℃/W，則(R+0.1)=(85-55)℃/20W，則R=1.4℃/W。依據這個數值選散熱器就可以了。
